potresnom inŽenjerstvu

ULOGA GEOTEHNIKE U

POTRESNOM INŽENJERSTVU

doc.dr.sc. Mario Bačić

prof.dr.sc. Tomislav Ivšić

prof.dr.sc. Meho Saša Kovačević

Zavod za geotehniku

Građevinski fakultet

Sveučilište u Zagrebu

Zagreb, listopad 2020.

Savjetovanje 3: Obnova Zagreba nakon potresa - Znanjem za Zagreb

1 Uvod – geotehnika kao sastavni dio potresnog inženjerstva

2 Amplifikacija seizmičkog odziva kao posljedica lokalnih uvjeta u tlu

3 Nestabilnosti tla u seizmičkim uvjetima i njihova evaluacija

4 Seizmička mikrozonacija: nužnost sveobuhvatnog pristupa

5 Utjecaj potresa na geotehničke konstrukcije

6 Zaključak

SADRŽAJ

Uvod – geotehnika kao

sastavni dio potresnog inženjerstva

• Intenzivniji razvoj u zadnjih pedesetak godina:

o dinamička ispitivanja tla u laboratoriju i na terenu

o teorijski i numerički modeli – opis i prognoze dinamičkog ponašanja

o primjene geo-tehnologija za potrebe sigurne gradnje

• Geotehničko potresno inženjerstvo je disciplina koja ''još uvijek uči'':

o svaki novi jači svjetski potres donosi nova saznanja

o povećani broj zapisa potresa i razvoj instrumenata poboljšavaju baze

podataka za određivanje seizmičnosti, te omogućuju objektivnije

određivanje seizmičkog inputa za inženjerske aplikacije

rasjed

lokalni uvjeti tla

površinski zapis

put prijenosa od izvora do lokacije

karakteristike izvora deformacija

put prijenosa energije do lokacije

lokalni uvjeti tla

• Geotehnika promatra naslage tla iznad osnovne stijene kao

''konstrukciju'' koja pri potresnoj pobudi iz dubine ima svoj odziv i

dominantna gibanja, i koju čine materijali prepoznatljivih mehaničkih

(krutost, čvrstoća, prigušenje) i hidrauličkih svojstava.

karakteristike izvora i put do lokacije Lokalni uvjeti tla

seizmologija i strukturna geologija inženjerska geologija i geotehnika

Geotehničke okolnosti na pojedinoj građevinskoj lokaciji koje tijekom

istražnih radova treba odrediti ili ocijeniti su sljedeće:

a) profil temeljnog tla:

odziv lokalnog tla pri širenju seizmičkih valova od osnovne stijene do

površine terena (amplifikacija i modifikacija spektra odziva)

pojave dinamičke nestabilnosti tla (likvefakcija) i prekomjernih slijeganja

b) globalna stabilnost lokacije: pojava aktivnih rasjeda i nestabilne

padine

c) povećanje zemljanih pritisaka na temeljne, potporne, nasute i

ukopane konstrukcije zbog djelovanja potresa

Amplifikacija seizmičkog odziva

kao posljedica lokalnih uvjeta u tlu

lokalni inženjersko –

geološki uvjeti u tlu

promjena amplitude i spektralnog sastava

seizmičke pobude

Postupak za određivanje utjecaja lokalnog tla uključuje :

• uspostavljanje geotehničkog seizmičkog modela (projektni seizmički profil),

• izbor seizmičke pobude i

• jednodimenzionalna analiza rasprostiranja posmičnih valova.

Za određivanje geotehničkog seizmičkog profila potrebno je:

• brzina posmičnih valova karakterističnih slojeva,

• gustoća tla,

• nelinearni odnosi modula posmika i prigušenja s posmičnom deformacijom,

• dubina profila do (modelskog) poluprostora.

G / Gmax vs γc

l vs γc

G / G

max

, l

ciklička posmična deformacija, γc (%)

0.000

1

0.001 0.01 0.1 1 10

Dinamička ispitivanja i analize

na lokaciji Luke Osijek

Ivšić (2016)

Tip

tlaOpis geotehničkog profila

vs,30

(m/s)

NSPT

(n / 30cm)

cu

(kPa)

Amp.

faktor S

AStijena ili druga geološka formacija uključujući najviše 5 m

slabijeg materijala na površini.>800 - - 1.00

B

Nanosi vrlo zbijenog pijeska, šljunka ili vrlo krute gline debljine

najmanje nekoliko desetaka metara, sa svojstvom postupnog

povećanja mehaničkih svojstava s dubinom.

360-800 >50 >250 1.20

CDebeli nanosi srednje zbijenoga pijeska, šljunka ili srednje krute

gline debljine od nekoliko desetaka do više stotina metara.180-360 15-50 70-250 1.15

D

Nanosi slabo do srednje koherentni (sa ili bez mekih koherentnih

slojeva) ili s predominantno mekim do srednje krutim koherentnim

tlima.

<180 <15 <70 1.35

E

Profili koji sadrže površinski sloj koji karakterizira brzina vs tzv.

tipove tla C i D i debljine od 5 m do 20 m, a ispod njih je kruti

materijal s brzinom većom od 800 m/s.

1.40

S1Nanosi koji sadrže najmanje 10 m debeli sloj mekane gline s

visoko plastičnim indeksom (PI>40) i visokim sadržajem vode.<100 10 - 20

S2Nanosi likvefakcijski osjetljivog tla pijeska i gline ili bilo koji tip tla

koji nije opisan od A do E i pod S1.

Eu

rok

od

8-1

?

?

?

𝑣𝑠,30=

30

ℎ𝑖𝑣𝑖

𝑁𝑖=1

‘’kompromis’’ (trenutna EC8-1)

𝑣𝑠,𝐻=

𝐻

ℎ𝑖𝑣𝑖

𝑁𝑖=1

H= 30 ako je H800 30 m (kada vs,H postaje vs,30)

H= H800 ako je H800 < 30 m

Prijedlog nove generacije EC8-1

H800 dubina stijene koja je identificirana sa vs koji je veći od 800 m/s.

Tip tla kruto srednje mekano

Dubinavs,H raspon

H800 raspon800 m/s > vs,H 400 m/s 400 m/s > vs,H 250 m/s 250 m/s > vs,H 150 m/s

vrlo plitko H800 5 m A A E

plitko 5 m < H800 30 m B E E

srednje 30 m < H800 100 m B C D

duboko H800 > 100 m B F F

Labbe (2018)

Nestabilnosti tla u seizmičkim uvjetima

Likvefakcija tla

• Tla se privremeno pretvaraju u gustu tekućinu, gubeći pritom svoju

posmičnu čvrstoću te sposobnost da podupru temelje građevina

RPV

RAHLI PIJESAK

RPV

SEIZMIČKA POBUDA

PJEŠČANI VULKANI

RPV

SLIJEGANJE

• empirijski pristup – zasnovane na podacima o lokacijama tijekom potresa

• ‘karte’ - kalibrirane na slučajevima dogođene ili nedogođene likvefakcije

• korekcije za magnitudu potresa, naprezanje, postotak sitnih čestica ...

Analize potencijala likvefakcije

–

Luka Ploče

Ivšić (2016)

Veinović i dr. (2007)

Klizanje tla

• Stabilnost padine je uvjetovana nizom faktora kao što su njezina

geometrija, vrsta tla, položaj podzemne vode, djelovanja itd. U

dinamičkim uvjetima se povećavaju inercijska opterećenja, a moguć je i

gubitak posmične čvrstoće materijala uslijed cikličkog opterećenja.

Geotehničke analize stabilnosti kosina u seizmičkim uvjetima:

a) pseudo-statička analizu stabilnosti temeljena na konceptu faktora sigurnosti

b) analiza trajne deformacije - Newmark-ov pristup kližućeg bloka

• Relativno manji broj pokrenutih, ili bar registriranih, klizišta nakon

zagrebačkog potresa u ožujku 2020. se donekle može objasniti relativno

niskom saturacijom tla na lokacijama većeg potencijala klizanja

Seizmička mikrozonacija:

nužnost sveobuhvatnog pristupa

• Kartiranje ili zoniranje seizmičkog hazarda u lokalnom mjerilu (npr. 1:25000

– 1:5000), kako bi se uključili i efekti lokalnih uvjeta tla, naziva se seizmička

mikrozonacija.

• U državama povećane seizmičnosti (Japan, Italija, Turska, Grčka, itd.)

postoji snažna potreba sveobuhvatne seizmičke mikrozonacije, pa se

nastoji formalizirati standardni pristup seizmičkom mikrozoniranju

• Pri tom se zoniranje prvenstveno fokusira na geotehničke fenomene

uzrokovane seizmičkim djelovanjem na lokaciji i u temeljnom tlu kao

što su amplifikacija i pomaci tla, klizišta i likvefakcija tla.

1

2

3

4

5 5

5

3

4

21

3

2

4567

76

54

3 21

lakša oštećenja

oštećenja konstrukcije

teže oštećenje konstrukcije

izolinije debljine nasipa (u m)

modificirano prema podacima sa www.zod.hr

• Projekt geozoniranja grada Zagreba po suvremenim principima započet je

još 2005. godine izradom I. faze detaljne inženjerskogeološke karte (DIGK)

podsljemenske urbanizirane zone, dok je II. faza DIGK završena 2019.

godine

• U sklopu navedenog kartiranja tog

dijela grada, u mjerilu 1:5000,

posebno su izdvojena klizišta i

nestabilne padine, a prikazane su i

preliminarne zone tipova tla (A-D)

prema aktualnoj normi Eurokod 8.

potpuna seizmička mikrozonacija? revizija – nova generacija EC8?

Miklin i dr. (2007)

• Za karakterizaciju i točnije identificiranje stanja u dubini tla na

nestabilnim padinama ili aktivnim rasjedima potrebna su opsežnija

inženjerskogeološka, geofizička i geotehnička istraživanja.

• Ovi podaci, zajedno s podacima o litologiji te inženjersko-geološkim i

hidrogeološkim karakteristikama, bi poslužili kao osnova za izradu karti

seizmičkog mikrozoniranja.

Utjecaj potresa na geotehničke konstrukcije

trešnja inducira inercijske sile koje mogu rezultirati s

prekoračenjem nekih od graničnih stanja geotehničke konstrukcije

slom temeljnog tla ispod

temelja ili prevelike

deformacije tla

slom potporne konstrukcije

ili preveliki pomaci

pukotine na kruni i lokalna klizanja

pukotine na kruni,

slijeganja, klizanja

• Kod sitnozrnih tala uslijed cikličnog opterećenja u pravilu ne dolazi do

prevelikog gubitka čvrstoće - manja dodatna slijeganja, bočne pomake ili

rotaciju samih temelja. Međutim, izrazito je važno odrediti nosivost

temeljnog tla u nedreniranim uvjetima, uz opreznu kvantifikaciju

nedrenirane kohezije kao mjerodavnog parametra.

• Uslijed cikličkog posmičnog opterećenja suhih pijesaka, istima se

smanjuje volumen što može rezultirati sa značajnim slijeganjem plitke

temeljne konstrukcije, pogotovo ako je temelj izveden u slabo zbijenim i

rahlim pijescima. U saturiranim pijescima je moguća pojava likvefakcije

koja rezultira sa značajnim slijeganjima tla nakon disipacije dodatnog

pornog tlaka.

• Duboki temelji moraju biti projektirani na način da pružaju otpornost

djelovanju inercijskih sila gornje konstrukcije, ali i djelovanju kinematskih

sila koje su rezultat deformacije okolnog tla.

• Iako se uobičajeno razmatra

linearno ponašanje tla pri

analizi seizmičke interakcije, u

pojedinim slučajevima je

nužno obuhvatiti geometrijske

i materijalne nelinearnosti

sustava.

Pender i Pranjoto (1996)

Oka et al. (2012)

Razvoj deformacija i pukotina

u nasipu za obranu od

poplava nakon potresa

• Ispitivanja savskih i

uspornih nasipa savskih

pritoka na Sektoru C.

• Cilj ispitivanja je utvrditi

postojanje potencijalnih

oštećenja u tijelu nasipa,

nastalih kao posljedica

potresa koji je zadesio

Zagreb i širu okolicu dana

22.03.2020.

BRANJENO PODRUČJE 8 23,46C.8.5. l.o.; Ustava Prevlaka-Oborovo (skela) 4,96C.8.7. l.o.; Oborovo (skela) – Vodomjer Rugvica 8,35C.8.8. l.o.; Lijevi savski nasip „AVS Rugvica – (rampa) Hruščica 10,15

BRANJENO PODRUČJE 12 6,92C.12. 3. l. savski nasip i usporni nasip uz l.o. potoka Lužnica 3,44C.12. 3. l. savski nasip i usporni nasip uz l.o. rijeke Sutle 3,48

BRANJENO PODRUČJE 13 39,2C.13.1. d.o.; Suša-Vrbovo Posavsko (skela) 10,5C.13.2. d.o.; Vrbovo Posavsko (skela)-Bukevje (granica općine Orle) 8,06C.13.2. - novi nasip Donje Bukevje – Drnek 2,1C.13.3. d.o.; Bukevje (granica općine Orle) - Zablatje Posavsko 4,14C.13.4. d.o.; Zablatje Posavsko – most obilaznice 6,78C.13.5. d.o.; Most obilaznice - granica županije 7,62

BRANJENO PODRUČJE 14 59,83C.14.1. l.o.; Utok GOK Zagreb – most Slobode 14,58C.14.2. l.o.; Most Slobode - utok Krapine 14,15C.14.6. d.o.; granica županije – O.K. Odra 14,98C.14.7. d.o.; OK Odra – most Jankomir 2,1C.14.8. d.o.; Jankomir (most) – ušće potoka GradnaC.14.8. - Jankomirski most –Podsusedski most 3,01C.14.8. - trup autoceste; „Podsused (most) – utok p. Rakovice“ 1,73C.14.8. - ustava Matovčina – ušće p. Gradna 3,87C.14.9. d.o.; Ušće potoka Gradna – državna granica s R. SlovenijomC.14.9. - utok Gradne – skela Samoborski otok 3,11C.14.9. - zaštitni AB zid u Samoborskom otoku 0,68C.14.9. - Samoborski otok – utok Bregane 1,62

Dužine uspornih nasipa pritoka r. Save: 17,28C.14.1. usporni nasipi uz l.o. G.O.K. Zagreb 2C.14.1. usporni nasipi uz d.o. G.O.K. Zagreb 5,2C.14.8. usporni nasip uz d.o. p. Rakovica 4,1C.14.8. usporni nasip uz d.o. i l.o. p. Gradna 5C.14.9. usporni nasip uz l.o. r. Bregane 0,52C.14.9. usporni nasip uz d.o. r. Bregane 0,46

• Ukupno ispitano nasipa i uspornih nasipa: 141.4 km

• Period ispitivanja: 26.03. – 08.04.2020.

• Retencije: 21 (ukupno 19.5 km)

• Period ispitivanja: 16.04. – 27.04.2020.

• Maksimirski nasipi: nasipi III, IV, V (ukupno 1.4 km)

• Period ispitivanja: 27.04.2020.

Dodatno ispitano:

RETENCIJE (m)

01 Jezerčica 298

02 Vidovec 1 406.3

03 Vidovec 2 708

04 Bidrovec 1 48

05 Bidrovec 2 1349.4

06 Trnava 530

07 Štefanovec 1639.3

08 Fučkov Jarek 228

09 Kunišćak 552.6

10 Jelenovac 389

11 Črnomerec 926

12 Dubravica 501.6

13 Sopot 696.5

14 Čokot 942.8

15 Kustošak E 221.9

16 Kustošak F3 490.6

17 Rudarska Gradna 735.8

18 Burnjak 475

19 Pustodol 472.4

20 Lagvić 722

21 Jazbina 7184

Profili: kruna

Profil: kruna i pokos

Profil: kruna i galerija

Profil: kruna, pokos i galerija

• Georadarsko snimanje (GPR - Ground Penetrating Radar),

predstavlja elektromagnetnu metodu koja omogućuje dobivanje

visoko rezolutne slike dielektričnih karakteristika površinskih

nekoliko desetaka metara tla / stijene / ispitivane konstrukcije.

• Frekvencija georadara određuje dva ključna parametra ispitivanja

– dubinu ispitivanja i rezoluciju.

cestacijev

slojeviprisustvo blokova

• Primijenjena oprema Air-coupled (AC) ili

Ground-coupled

(GC)

Centralna

frekvencija [MHz]

Najveća moguća

dubina penetracije

[m]

Rezolucija

[m]

GC 103 15 0.500

AC 250 4 0.200

GC 380 4 0.125

PRIMIJENJENE

ANTENE

UPRAVLJAČKA

JEDINICA

ODOMETAR GPS

• Ispitivanje nasipa

Ispitivanje s krune

GPS za

kalibraciju

odometra

posebna

kolica

upravljačka

jedinica

100 MHz

250 MHz

400 MHz

Ispitivanje s krune

Ispitivanje s pokosa Ispitivanje galerije

(bok i strop)

• Ispitivanje retencija

upravljačka jedinica

100 MHz (prvi prolaz)

400 MHz (drugi prolaz)

laptop

Što se traži?

Indija

Irak

Novi Zeland

Japan

Primjeri pukotina u nasipima nakon potresa

zbijeni sloj krune

potencijalno dno nasipa

retencija Jezerčica - galerija

Zaključci

• Amplifikacija tla, likvefakcija tla, klizanje tla te drugi vidovi nestabilnosti i

prekoračenja graničnih stanja geotehničkih konstrukcija, zahtijevaju

detaljniju karakterizaciju i ocjenu geotehničkih okolnosti na pojedinim

lokacijama, i to kroz provedbu opsežnijih geotehničkih i geofizičkih

istraživanja, kao i odgovarajućih in-situ i laboratorijskih pokusa.

• Ova istraživanja će, zajedno s povećanjem baze seizmičkih podataka,

zasigurno povećati pouzdanost seizmičkih analiza, što je naročito od

značaja uvažavajući trend povećanja projektnih seizmičkih ubrzanja.

• Nužnost sveobuhvatnog pristupa seizmičkom mikrozoniranju, koji

uvažava čitav niz pokazatelja, od litoloških, inženjersko-geoloških i

hidrogeoloških karakteristika te položaja aktivnih rasjeda, do identifikacije

nestabilnih padina i zona izraženog likvefakcijskog potencija – ne samo

za Zagreb nego za cijelu Hrvatsku!

HVALA NA PAŽNJI

doc.dr. sc. Mario Bačić

Zavod za geotehniku, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

mbacic@grad.hr

prof.dr.sc. Tomislav Ivšić

Zavod za geotehniku, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

tom@grad.hr

prof. dr.sc. Meho Saša Kovačević

Zavod za geotehniku, Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

msk@grad.hr